La présente invention a trait à certaines améliorations concernant le traitement des métaux en fusion, par exemple l'aluminium, et en particulier l'aluminium destiné à la fabrication de lingots, devant être ultérieurement travaillés par des procédés plastiques.
Il est bien connu que l'aluminium fondu contient des quantités variables de constituants non métalliques, par exemple des gaz et d'autres inclusions dont la présence peut donner lieu à la formation de pailles dans les produits terminés. On a proposé de nom
breux procédés pour l'élimination desdits gaz et inclusions. Ainsi le taux de gaz peut être abaissé à une valeur acceptable par introduction, dans la fonte, de chlore, d'azote ou d'argon, ou en traitant celles par l'hexachloroéthane. Cependant l'utilisation du chlore ou de l'hexachloroéthane conduit à la formation de déchets gazeux dont l'élimination nécessite pour éviter les risques de pollution, la présence d'appareils de purification coûteux tandis que l'utilisation de l'azote donne lieu à la formation d'inclusions non métalliques.
On a proposé, pour l'élimination desdites inclusions, différentes méthodes de filtration, en particulier celles décrites dans les brevets britanniques N s 701273 et 831637 suivant lesquelles on fait circuler le métal, d'un compartiment à un autre, à travers un lit de particules réfractaires de dimension de mailles de tamis 3-14 ASTM (mailles de 1,4 à 6,25 mm) les deux compartiments étant séparés l'un de l'autre par une paroi et communiquant l'un avec l'autre par un passage ménagé au-dessous de celleci.
De tels lits filtrants ne sont guère appropriés au traitement des métaux liquides en raison des grandes vitesses de circulation de oeuxci conformément aux procédés modernes de coulée et, de plus ils peuvent se colmater si le métal liquide, en circulation, n'a pas subi, au préalable, un traitement par un fondant au chlore.
On a proposé, dans le brevet britannique N" 435104 de maintenir en agitation, dans un creuset, une fraction déterminée distincte d'aluminium à l'état liquide, sous atmosphère dépourvue d'hydrogène (sans humidité) et de dégazer le métal, par exemple en faisant passer un courant d'azote au contact de sa surface. On a aussi proposé d'utiliser un fondant capable de dissoudre les oxydes d'aluminium résultant du procédé contenus dans le métal ce fondant contenant de préférence du fluorure de sodium.
Ce procédé a été employé à échelle réduite dans l'industrie de la fonte d'aluminium où le métal peut être traité dans un creuset de dimensions réduites, mais il n'a guère convenu au traitement du métal fondu dans les grands fours à réverbération employés pour la coulée de lingots destinés à être usinés par déformation et dans lesquels le métal fondu occupe une grande surface sous forme d'une couche mince.
On a tenté de dégazer et de purifier en continu l'aluminium à l'état liquide sans engendrer de vapeurs inadmissibles; ainsi, suivant le brevet britannique N" 935191, qui décrit un procédé de purification par un fondant selon lequel on provoque la division d'un courant de métal fondu en une pluralité de filets liquides au moyen d'une plaque de dispersion disposée dans une couche de fondant salin liquide. Ce procédé permet un dégazage suffisant du métal pour la fabrication de piéces d'aluminium aptes à certaines fonctions déterminées mais insuffisant lorsqu'il s'agit d'obtenir de l'aluminium destiné au forgeage de piéces de qualité supérieure.
De plus, le procédé présente l'inconvénient qu'une partie du fondant est dispersée dans le métal et peut se trouver prise dans le produit coulé.
Dans le brevet suisse N" 513982 la titulaire a décrit et revendiqué un procédé pour ôter, de façon continue, les constituants non métalliques de l'aluminium et ses alliages à l'état liquide en faisant parvenir ledit métal dans un récipient, en introduisant un courant d'un gaz inerte dans ledit récipient et en maintenant une couche de fondant liquide sur le métal présent dans ledit récipient. Dans ledit procédé, de préférence la contenance du récipient est choisie telle que, étant donné que le métal fondu circule avec un débit donné, le temps de résidence dudit métal dans le récipient soit au moins I 1/2 min. et de préférence, 3 min. au moins.
Il a été démontré qu'un tel procédé était susceptible de purifier et dégazer un aluminium brut, non traité, quelconque et. en respectant la durée préférentielle du temps de résidence dudit Al dans le récipient de purification, de produire un métal apte aux emplois les plus spéciaux.
En effectuant ledit procédé, il a été cependant observé que la durée de vie utile de l'appareillage utilisé dépendait largement de celle des tubes poreux à diffusion servant à introduire, dans le métal fondu, le gaz purificateur. On a alors essayé d'introduire l'azote à travers d'étroits tubes de graphite de manière à provoquer une forte turbulence dans la fonte et, grâce à l'emploi d'un nombre suffisant de telles buses, on a pu conduire le procédé de façon très satisfaisante sans avoir recours aux tubes diffuseurs dispendieux et fragiles. Dans ces conditions cependant, il a été nécessaire, pour parvenir aux résultats optimum. d'augmenter le temps minimum de résidence du métal dans la chambre de dégazage ce qui, dans un appareillage de dimension donnée, revenait à réduire le débit global du métal fondu.
Le procédé de la présente invention pour enlever, en continu les impuretés non métalliques d'un métal à l'état liquide est caractérisé par le fait qu'on fait passer un courant dudit métal dans un récipient dont la capacité, calculée en fonction du débit du métal est telle que le temps de résidence de celui-ci dans ledit récipient est au moins 0,5 minute, qu'on agite le métal dans le récipient et qu'on applique à sa surface, à l'intérieur du récipient, au moins 0,69 g d'un fondant salin liquide par cm2 de surface. Après cela, le métal peut être acheminé à travers des moyens destinés à retenir le fondant éventuellement entraîné par le métal, ces moyens étant constitués de préférence par un lit de granules réfractaires de grosseur suffisante pour être retenues par un tamis de mailles de 9,4 mm (3/8").
De préférence, ledit temps de résidence se situe entre 0,5 et 3 mn.
La présente invention a aussi pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé décrit qui se distingue par le fait qu'il comprend un récipient pour recevoir le métal en fusion des moyens pour acheminer ledit métal à travers ce récipient de manière que son temps de résidence dans celui-ci soit d'au moins 0,5 minute, des moyens mécaniques pour agiter le métal circulant dans le récipient.
La présente invention a également pour objet le métal traité suivant le procédé ci-dessus.
De préférence, le fondant se compose essentiellement de matériaux choisis parmi les chlorures et les fluorures des métaux alcalins et alcalino-terreux, y compris le magnésium; de préférence sa consistance est très fluide à la température de fusion du métal. De préférence, le fondant ne renferme pas plus de 5% de fluorure alcalin et, lorsque la présence de sodium dans le métal dégazé est indésirable, non seulement il ne contient point de NaF, mais il renferme du MgC12 pour enlever tout sodium éventuellement présent.
L'agitation du métal en fusion peut être effectuée par un agitateur placé au-dessous de la surface dudit métal et agencé de manière que celui-ci circule selon un plan incliné par rapport à l'horizontale, ce par quoi il est continuellement déplacé du fond vers la surface et ainsi mis en contact avec le fondant liquide. De plus, comme le liquide circule rapidement, en un mouvement vertical contre les parois du récipient, celles-ci sont continuellement et rapidement lavées par le fondant liquide.
On effectue le procédé, de préférence dans un récipient divisé par une paroi ou baffle en deux chambres: une chambre d'entrée et une chambre de sortie communiquant entre elles par un passage situé sous ladite paroi.
Les granules réfractaires peuvent être placées au fond du récipient à une profondeur suffisante pour couvrir la base du baffle.
La chambre de sortie peut être remplie presque au ras-bord par les granules; dans la chambre d'entrée les granules peuvent atteindre une hauteur de 5 à 10 cm (2 à 4") supérieure à celle de la base du baffle.
Les granules peuvent être en matières telles que l'alumine tabulaire, lakyanite (Al203SiO2), la chromite (FeO.Cr203), la fors terite ((MgO)2.SiO2), le spinel magnésien (MgO.AI203), MgF2, la périclase (MgO), le zircon (ZrO2.SiO2), le graphite poreux ou non, le plumbago ou le carbone de silicium lié au carbone, au nitrure de silicium ou à l'alumine. Les granules peuvent être en forme de sphères ou de fragments irréguliers. Elles peuvent être moulées en formes spéciales, par exemple celles des matériaux utilisés dans l'industrie chimique pour le remplissage des tours de lavage.
Comme dispositif d'agitation adéquat, on peut utiliser un agitateur réfractaire moulé qui peut être constitué par une longue tige sur laquelle est fixée une ou plusieurs lames orientées suivant un plan parallèle à l'axe de la tige, cet agitateur étant mis en rotation à une vitesse de 25 à 150 rpm et plongé dans le métal en fusion avec son axe en position inclinée par rapport à la verticale.
On préfère, en général, des cadences de rotation comprises entre 50 et 75 rpm.
Des compositions de fondants pouvant être utilisées dans le présent procédé sont indiquées ci-dessous, les chiffres se référant aux pourcents en poids des ingrédients utilisés.
Fondant KCI NaCI NaF MgCl2 F2Ca F2Mg
A 45-65 35-55 0-10
B 35-55 25-45 5-25 0-15
C 30-55 20-45 5-30 0-10
D 30-60 30-50 10-20
E 15-35 10-30 30-50 0-10
Des mélanges de KCI et NaCI avec de faibles adjonctions de
CaF2 sont utilisés de préférence, en général (fondant A). On peut
cependant ajouter quelques pourcents de NaF ou de MgC12, de
manière à abaisser quelque peu la température de fusion du fon 'dant. En ajoutant de plus grandes quantités de NaF on en dimi
nue encore le point de fusion (fondant B) mais cette modification
peut alors promouvoir l'introduction d'un peu de sodium dans le
métal. Si désiré, une partie ou tout le NaF peut être remplacé par
de la cryolite mais le taux de cette dernière est, de préférence,
maintenu au-dessous de 10%.
Dans le cas d'alliages contenant
beaucoup de magnésium, il est préférable d'utiliser un fondant ca
pable d'éliminer le sodium du métal fondu. De tels fondants con
tiennent du MgC12 (fondants C, D et E).
Le présent procédé a donc l'avantage de permettre d'éliminer
facilement de l'aluminium, en continu, le sodium et d'autres mé
taux électropositifs.
Pour que la densité du fondant liquide reste inférieure à celle
du métal, il est préférable de sérieusement limiter la quantité de
BaCI2 ajoutée audit fondant. Il est cependant possible d'y incor
porer du KF ou de la cryolite de potasse au lieu du NaF et de la
cryolite sodique. En présence de MgC12 et de KF, il se formera du
KCI et du MgF2.
En effectuant le présent procédé, on a constaté qu'on pouvait
obtenir un effet de purification et de dégazage identique à celui
obtenu par le procédé du brevet suisse N" 513982 mais avec des
temps de résidence dans le récipient récepteur bien inférieurs,
même en tenant compte de l'emploi des diffuseurs poreux pour
l'introduction du N2. On a aussi trouvé qu'un contrôle de la na
ture de l'atmosphère venant en contact avec le fondant était in
utile et que la présence d'un couvercle sur le récipient ou d'un
courant d'hydrogène à la surface du métal fondu n'étaient plus
nécessaires.
On est ainsi parvenu, non seulement à supprimer la
nécessité d'utiliser de l'azote et à éviter les frais consécutifs à l'em
ploi de tubes diffuseurs pour l'introduction de ce gaz mais encore,
grâce à la diminution du temps de résidence du métal dans le réci
pient, à réduire la taille des appareils autrefois requis pour traiter
une quantité donnée de métal circulant à une vitesse déterminée.
Il a été aussi remarqué que le degré de purification et de dégazage
était bien supérieur à celui obtenu par le procédé du brevet britan
nique N" 935191.
Un mode d'exécution du présent procédé est illustré par la
description de l'exemple ci-apres et de l'appareil représenté au
dessin en annexe.
La fig. 1 représente en coupe un récipient pour le traitement
du métal en fusion muni d'un agitateur.
La fig. 2 représente respectivement aux parties a, b et c, une vue latérale en élévation, une vue longitudinale en élévation et une vue en plan d'un agitateur.
La fig. I illustre un mode d'exécution du présent procédé.
L'appareil comporte un récipient 1, en forme de bol ou de creuset peu profond, divisé par un baffle 2 en une chambre d'entrée A et une chambre de sortie B. Une canalisation 3 relie la chambre de sortie au moule de coulée. Le métal en fusion s'écoule continuellement d'une ouverture d'un four, le long d'une rigole 4 et tombe dans la chambre A. Une couche de fondant liquide 5 recouvre la surface de la fonte dans la chambre A. Celle-ci est mise en agitation par l'agitateur 6 en forme de bêche dont l'axe, oblique par rapport à l'horizontale et à la verticale, peut être entraîné en rotation par un moteur 8 fonctionnant à l'air comprimé. Après avoir été traité dans la chambre A, le métal passe à travers un lit de granules réfractaires grossières 7 s'étendant sous le baffle 2 et occupant la plus grande partie de la chambre B.
Exemple:
On a chauffé jusqu'à fusion 5 tonnes d'AI provenant de déchets de plaques d'Al et le liquide obtenu a été conduit de manière continue sans traitement préalable de purification ou de dégazage, dans l'appareillage représenté à la fig. 1. Le débit de métal a été réglé à 125 kg/mn (275 Ib/mn), la capacité de la chambre A étant de 68 kg (150 lb) et le temps de résidence du métal dans celle-ci 0,55 mn. L'aire de la surface du métal dans la chambre A était approximativement 2062 cm2 (2,2 squ. feet). 1,35 kg (2,5 lb) de fondant, comprenant 52% KCI, 43% NaCI et 5% CaF2 en poids, ont été appliqués à la surface du métal dès le début de la coulée.
On a utilisé, pour l'agitation, un agitateur en forme de bêche dont la lame avait approximativement 15 cm x 10 cm (6 in. x 4 in) et tournait à une cadence de 70 rpm. Les granules réfractaires, à travers lesquelles on a fait passer le métal, étaient des sphères d'alumine tabulaire d'environ 18,7 mn (3/4") de diamètre. On a prélevé des échantillons destinés au test de formation de gaz sous pression réduite selon Straube-Pfeiffer, aussi bien du métal pénétrant dans l'appareillage que de celui le quittant. On a mesuré une moyenne de 60 bulles dans les échantillons du métal pénétrant dans l'appareil et aucune bulle n'a été observée dans les échantillons prélevés à la sortie dudit appareil.
Le métal traité s'est révélé très satisfaisant en ce qui concerne le taux résiduel de gaz et d'inclusions et il a parfaitement convenu à la production de produits semi-ouvrés destinés à des applications de nature critique. On n'a pas observé de dispersion ou d'entraînement du fondant par le métal, quel qu'ait été le fondant, A, B et D, utilisé dans des essais séparés.
A titre comparatif, on a traité des quantités similaires de métal, avec un débit atteignant 118 kg/mn, (260 Ib/mn). Suivant le procédé décrit dans les brevets suisses N 513982 et 503 793, en utilisant l'appareillage représenté à la fig. 2 de la première de ces demandes et on a obtenu ainsi un métal également satisfaisant au point de vue taux d'oxydes et de gaz; cependant, pour arriver à ce résultat, on a dû utiliser une chambre d'entrée de capacité sufii- sante pour contenir 590 kg (1,100 lb) d'aluminium.
Ainsi, on voit que les dimensions de l'appareil convenant à l'application du présent procédé, de même que le coût du traitement du métal sont de beaucoup inférieures à ceux impliqués par la mise en oeuvre de l'appareillage mentionné à titre comparatif, car les frais opérationnels du présent procédé sont sensiblement diminués de par la possibilité d'éliminer le gaz inerte et les moyens pour son introduction.
Si désiré, les granules réfractaires grossières peuvent être placées dans un récipient séparé, par exemple un creuset comportant une paroi le divisant en deux chambres communiquant par un passage situé au-dessous de celle. Ainsi, le métal peut-il être agité sous une couverture de fondant salin liquide dans un tel creuset divisé en deux et ensuite être dirigé à travers un second creuset, également divisé en deux compartiments, rempli de granules réfractaires.
La mise en mouvement du métal en fusion sous une couche de fondant salin liquide peut aussi être effectuée, dans une partie d'un four a réverbération ou dans une enceinte attenant à celui-ci, les produits de combustion gazeux étant, de préférence, écartés pour éviter leur contact direct avec le métal en traitement.
Le présent procédé n'est pas limité au traitement de l'aluminium. II peut également être appliqué au magnésium. Dans ce cas,
I'appareillage peut être confectionné en acier doux ou en acier résistant à la chaleur, à haute teneur en chrome et/ou manganèse, de manière à limiter, autant que possible, la contamination du Mg par Fe. Les granules grossières consisteront alors, de préférence, en alumine tubulaire, en graphite ou en carbure de silicium, ce dernier étant d'ailleurs de préférence évité si l'alliage traité contient du zirconium.
The present invention relates to certain improvements relating to the treatment of molten metals, for example aluminum, and in particular aluminum intended for the manufacture of ingots, to be subsequently worked by plastic processes.
It is well known that molten aluminum contains varying amounts of non-metallic constituents, for example gases and other inclusions, the presence of which can give rise to the formation of flakes in finished products. We proposed by name
Several processes for the removal of said gases and inclusions. Thus, the gas content can be lowered to an acceptable value by introducing chlorine, nitrogen or argon into the iron, or by treating those with hexachloroethane. However, the use of chlorine or hexachloroethane leads to the formation of gaseous waste whose elimination requires to avoid the risks of pollution, the presence of expensive purification devices while the use of nitrogen gives rise to the formation of non-metallic inclusions.
Various filtration methods have been proposed for the removal of said inclusions, in particular those described in British Patents Nos. 701273 and 831637 according to which the metal is circulated, from one compartment to another, through a bed of refractory particles of sieve size 3-14 ASTM (mesh size 1.4 to 6.25 mm) the two compartments being separated from each other by a wall and communicating with each other by a passage made below it.
Such filter beds are hardly suitable for the treatment of liquid metals because of the high circulation speeds of oeuxci according to modern casting processes and, moreover, they can become clogged if the liquid metal, in circulation, has not undergone, first, treatment with a chlorine flux.
It has been proposed, in British Patent No. 435104 to maintain stirring, in a crucible, a distinct determined fraction of aluminum in the liquid state, under an atmosphere devoid of hydrogen (without humidity) and to degas the metal, by For example by passing a stream of nitrogen in contact with its surface It has also been proposed to use a flux capable of dissolving the aluminum oxides resulting from the process contained in the metal, this flux preferably containing sodium fluoride.
This process has been used on a small scale in the aluminum smelting industry where the metal can be processed in a crucible of reduced dimensions, but it has hardly been suitable for the processing of molten metal in the large reverberation furnaces employed. for the casting of ingots intended to be machined by deformation and in which the molten metal occupies a large surface in the form of a thin layer.
An attempt has been made to degas and purify aluminum continuously in the liquid state without generating inadmissible vapors; thus, according to British Patent No. 935191, which discloses a flux purification process according to which a stream of molten metal is split into a plurality of liquid streams by means of a dispersion plate arranged in a layer. This process allows sufficient degassing of the metal for the manufacture of aluminum parts suitable for certain determined functions but insufficient when it comes to obtaining aluminum intended for the forging of superior quality parts.
In addition, the process has the disadvantage that part of the flux is dispersed in the metal and can become caught in the cast product.
In Swiss Patent No. 513982 the holder described and claimed a process for continuously removing the non-metallic constituents of aluminum and its alloys in the liquid state by sending said metal into a container, introducing a flow of an inert gas into said vessel and maintaining a layer of liquid flux on the metal present in said vessel. In said method, preferably the capacity of the vessel is chosen such that, since the molten metal flows with a flow rate given, the residence time of said metal in the container is at least 1 1/2 min and preferably at least 3 min.
It has been shown that such a process was capable of purifying and degasing any raw, untreated aluminum. while respecting the preferential duration of the residence time of said Al in the purification vessel, to produce a metal suitable for the most special uses.
By carrying out said process, it has however been observed that the useful life of the apparatus used largely depends on that of the porous diffusion tubes used to introduce the purifying gas into the molten metal. An attempt was then made to introduce the nitrogen through narrow graphite tubes so as to cause strong turbulence in the cast iron and, by using a sufficient number of such nozzles, the process could be carried out. very satisfactorily without having to resort to expensive and fragile diffuser tubes. Under these conditions, however, it was necessary to achieve optimum results. to increase the minimum residence time of the metal in the degassing chamber which, in an apparatus of given size, amounted to reducing the overall flow rate of the molten metal.
The method of the present invention for continuously removing non-metallic impurities from a metal in the liquid state is characterized by the fact that a stream of said metal is passed through a vessel whose capacity, calculated as a function of the flow rate of the metal is such that the residence time thereof in said container is at least 0.5 minutes, that the metal is stirred in the container and applied to its surface, inside the container, at the less 0.69 g of a liquid saline flux per cm2 of surface. After that, the metal can be conveyed through means intended to retain the flux possibly entrained by the metal, these means preferably consisting of a bed of refractory granules of sufficient size to be retained by a screen of 9.4 mesh. mm (3/8 ").
Preferably, said residence time is between 0.5 and 3 min.
The present invention also relates to an apparatus for carrying out the method described which is distinguished by the fact that it comprises a receptacle for receiving the molten metal means for conveying said metal through this receptacle so that its time residence therein is at least 0.5 minutes, mechanical means for agitating the metal circulating in the container.
A subject of the present invention is also the metal treated according to the above process.
Preferably, the flux consists essentially of materials chosen from chlorides and fluorides of alkali and alkaline earth metals, including magnesium; preferably its consistency is very fluid at the melting temperature of the metal. Preferably, the flux does not contain more than 5% of alkali fluoride and, when the presence of sodium in the degassed metal is undesirable, it not only does not contain any NaF, but it contains MgCl2 to remove any sodium that may be present.
The stirring of the molten metal may be effected by a stirrer placed below the surface of said metal and arranged so that the latter circulates in a plane inclined relative to the horizontal, whereby it is continuously displaced from the horizontal. melts towards the surface and thus contacted with the liquid flux. In addition, as the liquid circulates rapidly, in a vertical movement against the walls of the container, these are continuously and rapidly washed by the liquid flux.
The process is carried out, preferably in a container divided by a wall or baffle into two chambers: an inlet chamber and an outlet chamber communicating with each other by a passage located under said wall.
The refractory granules can be placed at the bottom of the container to a depth sufficient to cover the base of the baffle.
The exit chamber can be filled almost to the brim with the granules; in the inlet chamber the granules can reach a height of 5 to 10 cm (2 to 4 ") higher than that of the base of the baffle.
The granules may be of materials such as tabular alumina, lakyanite (Al203SiO2), chromite (FeO.Cr203), fors terite ((MgO) 2.SiO2), magnesian spinel (MgO.AI203), MgF2, periclase (MgO), zircon (ZrO2.SiO2), porous or non-porous graphite, plumbago or silicon carbon bonded to carbon, silicon nitride or alumina. The granules can be in the form of spheres or irregular fragments. They can be molded into special shapes, for example those of materials used in the chemical industry for filling washing towers.
As a suitable stirring device, a molded refractory stirrer can be used which can be constituted by a long rod on which is fixed one or more blades oriented in a plane parallel to the axis of the rod, this stirrer being rotated at a speed of 25 to 150 rpm and immersed in the molten metal with its axis in an inclined position relative to the vertical.
Rotation rates of between 50 and 75 rpm are generally preferred.
Flux compositions which can be used in the present process are shown below, the numbers refer to the weight percent of the ingredients used.
Fondant KCI NaCI NaF MgCl2 F2Ca F2Mg
A 45-65 35-55 0-10
B 35-55 25-45 5-25 0-15
C 30-55 20-45 5-30 0-10
D 30-60 30-50 10-20
E 15-35 10-30 30-50 0-10
Mixtures of KCl and NaCl with low additions of
CaF2 are preferably used, in general (flux A). We can
however add a few percent of NaF or MgC12,
so as to lower somewhat the melting temperature of the fondant. Adding larger amounts of NaF decreases
still bare the melting point (flux B) but this modification
can then promote the introduction of a little sodium in the
metal. If desired, some or all of the NaF can be replaced by
cryolite but the rate of the latter is, preferably,
maintained below 10%.
In the case of alloys containing
lots of magnesium, better to use fondant ca
able to remove sodium from molten metal. Such fondants con
hold MgC12 (fluxes C, D and E).
The present process therefore has the advantage of making it possible to eliminate
easily from aluminum, continuous, sodium and other metals
electropositive rates.
To keep the density of the liquid flux lower than that
metal, it is best to seriously limit the amount of
BaCI2 added to said flux. It is however possible to incor
pore KF or cryolite of potash instead of NaF and
sodium cryolite. In the presence of MgC12 and KF, it will form
KCI and MgF2.
By carrying out the present process, it has been found that
obtain a purification and degassing effect identical to that
obtained by the process of Swiss patent N "513982 but with
much lower residence time in the receiving vessel,
even taking into account the use of porous diffusers for
the introduction of N2. It was also found that a control of the na
ture of the atmosphere coming into contact with the flux was
useful and that the presence of a lid on the container or
stream of hydrogen at the surface of the molten metal were no longer
required.
We have thus succeeded, not only in suppressing the
need to use nitrogen and to avoid the expense of em
use of diffuser tubes for the introduction of this gas but also,
thanks to the reduction in the residence time of the metal in the container
pient, to reduce the size of devices formerly required to treat
a given quantity of metal circulating at a determined speed.
It was also noticed that the degree of purification and degassing
was far superior to that obtained by the British patent process
pic No. 935191.
One embodiment of the present method is illustrated by
description of the example below and of the device shown in
drawing in appendix.
Fig. 1 shows in section a container for the treatment
molten metal provided with a stirrer.
Fig. 2 shows in parts a, b and c, respectively, a side elevational view, a longitudinal elevational view and a plan view of a stirrer.
Fig. I illustrates one embodiment of the present method.
The apparatus comprises a container 1, in the form of a bowl or a shallow crucible, divided by a baffle 2 into an inlet chamber A and an outlet chamber B. A pipe 3 connects the outlet chamber to the casting mold. The molten metal continuously flows from an opening of a furnace, along a channel 4 and falls into chamber A. A layer of liquid flux 5 covers the surface of the cast iron in chamber A. This is stirred by the stirrer 6 in the form of a spade, the axis of which, oblique with respect to the horizontal and to the vertical, can be driven in rotation by a motor 8 operating with compressed air. After being processed in chamber A, the metal passes through a bed of coarse refractory granules 7 extending below baffle 2 and occupying most of chamber B.
Example:
5 tonnes of Al from Al plate waste were heated to fusion and the liquid obtained was carried out continuously without prior purification or degassing treatment, in the apparatus shown in FIG. 1. The metal flow rate was set at 125 kg / min (275 lb / min), the capacity of chamber A being 68 kg (150 lb) and the residence time of the metal therein 0.55 min. . The area of the metal surface in chamber A was approximately 2062 cm2 (2.2 squ. Feet). 1.35 kg (2.5 lb) of flux, comprising 52% KCl, 43% NaCl and 5% CaF2 by weight, was applied to the metal surface from the start of casting.
A spade-shaped stirrer with a blade approximately 15 cm x 10 cm (6 in. X 4 in) and rotating at a rate of 70 rpm was used for agitation. The refractory granules, through which the metal was passed, were spheres of tabular alumina approximately 18.7 nm (3/4 ") in diameter. Samples were taken for the gas formation test under. reduced pressure according to Straube-Pfeiffer, both of the metal entering the apparatus and of that leaving it An average of 60 bubbles was measured in the samples of the metal entering the apparatus and no bubbles were observed in the samples taken at the outlet of said apparatus.
The treated metal has been found to be very satisfactory with regard to the residual level of gas and inclusions and is well suited to the production of semi-finished products intended for applications of a critical nature. No dispersion or entrainment of the flux by the metal was observed, regardless of the flux, A, B and D, used in separate runs.
For comparison, similar amounts of metal were processed, with a flow rate up to 118 kg / min, (260 lb / min). According to the process described in Swiss patents N 513982 and 503 793, using the apparatus shown in FIG. 2 of the first of these applications and there was thus obtained a metal also satisfactory from the point of view of the oxide and gas levels; however, to achieve this result it was necessary to use an inlet chamber of sufficient capacity to hold 590 kg (1.100 lbs) of aluminum.
Thus, it can be seen that the dimensions of the apparatus suitable for the application of the present method, as well as the cost of the treatment of the metal, are much lower than those involved in the use of the apparatus mentioned for comparison, because the operational costs of the present process are appreciably reduced by the possibility of eliminating the inert gas and the means for its introduction.
If desired, the coarse refractory granules can be placed in a separate container, for example a crucible having a wall dividing it into two chambers communicating through a passage located below that. Thus, the metal can be stirred under a blanket of liquid saline flux in such a halved crucible and then be directed through a second crucible, also divided into two compartments, filled with refractory granules.
The movement of the molten metal under a layer of liquid saline flux can also be carried out, in a part of a reverberation furnace or in an enclosure adjoining it, the gaseous combustion products preferably being separated. to avoid their direct contact with the metal being treated.
The present process is not limited to the treatment of aluminum. It can also be applied to magnesium. In that case,
The apparatus can be made of mild steel or of heat-resistant steel, with a high chromium and / or manganese content, so as to limit, as far as possible, the contamination of Mg by Fe. The coarse granules will then consist of preferably in tubular alumina, in graphite or in silicon carbide, the latter moreover preferably being avoided if the alloy treated contains zirconium.